[發明專利]互質陣列混合噪聲環境下的ESPRIT-DOA估計方法

在審

• 申請號: 202011546004.1
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112731280A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 董續東;張小飛;孫萌;趙君;錢洋
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S3/46
• 分類號: G01S3/46;G01S3/74
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 陸燁

本發明公開了一種互質陣列混合噪聲環境下的ESPRIT?DOA估計方法，首先，使用互質陣列天線接收信號，噪聲類型為脈沖噪聲和高斯噪聲的混合噪聲，得到接收信號；其次，根據接收信號，計算相應的相位分數低階矩估計矩陣和符號協方差矩陣；然后對所得到的估計協方差矩陣進行虛擬化操作，刪除冗余行并截取連續陣元部分，得到陣元間距為半波長的虛擬均勻線陣接收信號；然后，對虛擬接收信號信息進行空間平滑處理，得到了重構后的協方差矩陣；最后，通過ESPRIT方法處理重構后的協方差矩陣即可得到DOA估計。在高脈沖特征指數的混合噪聲環境下，本發明仍然能夠獲得很好的DOA估計性能。

技術領域

本發明屬于波達方向(direction of arrival,DOA)估計，空中監視，雷達聲吶定位等技術領域。

背景技術

傳統均勻線陣中的DOA估計方法使用N個陣元估計最多N-1個信源，空間自由度較低。近來，利用兩個平行均勻線陣，且陣元數互質，組合得到的增廣互質陣列得到了關注，如果兩個均勻線陣的陣元個數分別為2M和N，其中M和N互質，則2M+N陣元的增廣互質陣列可以獲得2M(N+1)-1的虛擬線陣連續自由度(degree of freedom,DOF)，該陣列結構突破了傳統天線陣陣元間距半波長的限制，使得天線孔徑得到極大的擴展，能夠獲得角度估計性能的提升。同時，子陣單元間的間距為Mλ/2和Nλ/2，遠大于半波長，有效地減弱了單元間的相互耦合效應。

互質陣列中的大多數DOA估計方法均假設環境噪聲為高斯分布。然而，實際中的噪聲還往往表現出帶脈沖的特性，即脈沖噪聲。近來，α穩定分布可以用來描述脈沖噪聲，用S(α,β,γ,θ)表示。然而這兩種噪聲混合的情況也是存在的，即混合噪聲(高斯噪聲和脈沖噪聲混合)。所以，需要一個新的技術方案來解決互質陣列中的DOA估計的問題。

發明內容

發明目的：為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供了一種互質陣列混合噪聲環境下的ESPRIT-DOA估計方法。

技術方案：本發明提供了一種互質陣列混合噪聲環境下的ESPRIT-DOA估計方法，具體包括如下步驟：

S1：使用增廣互質陣列天線接收信號，得到接收信號x；

S2：根據接收信號x，計算相位分數低階矩估計協方差矩陣R_PFLOM和符號協方差矩陣R_SCM；

S3：將所述協方差矩陣R_PFLOM和R_SCM分別進行向量化處理，并去除冗余，得到虛擬陣列接收信號z_PFLOM和z_SCM；

S4：對z_PFLOM對應的虛擬陣列中連續的均勻的線陣部分進行截取，從而得到陣元間距為半波長的虛擬均勻線陣的接收信號對z_SCM對應的虛擬陣列中連續的均勻的線陣部分進行截取，從而得到陣元間距為半波長的虛擬均勻線陣的接收信號

S5：對和分別構造空間平滑矩陣和

S6：采用ESPRIT-DOA估計方法分別對和進行計算，從而得到S1中的增廣互質陣列天線在混合噪聲環境下的DOA的精確估計值。

進一步的，所述S1中增廣互質陣列結構的陣列天線包括陣元數為2M的子陣1和陣元數為N的子陣2；子陣1的陣元間距為Nλ/2，子陣2的陣元間距為Mλ/2，M和N為互質數，且M＜N，λ為載波波長；所述子陣1中的陣元和子陣2中的陣元均不重合。

進一步的，所述S2中的相位分數低階矩估計協方差矩陣R_PFLOM為：

其中，x_i(l)表示x中第i行第l列的元素，x_j(l)表示x中第j行第l列的元素，b表示矩的階數，L表示總的快拍數，*為共軛操作；